聚氨酯混合料压实特性研究

发布时间：2020-07-02 19:35

【摘要】：聚氨酯混合料是完全以聚氨酯取代沥青作为胶黏剂的一种新型道路铺装材料。不同于沥青混合料的强度形成机理,单组份湿固化聚氨酯胶黏剂粘结强度受温度、湿度、催化剂和时间等因素影响,过早压实会导致混合料的膨胀,过晚碾压会造成混合料固化结团、难以压密,因此,该混合料在施工过程中的最佳压实时机难以确定。本文通过研究不同固化条件下聚氨酯混合料压实特性的变化规律,揭示聚氨酯混合料压实特性变化复杂的根本原因,提出了聚氨酯混合料最佳压实时机的确定方法,为这种新型材料的应用和推广奠定基础。在配合比设计研究中,以单组分湿固化聚氨酯为胶结料的AC-13混合料为研究对象,提出了基于性能平衡的配合比设计方法。通过混合料试拌和析漏试验,以不出现“花白料”和析漏损失率≤0.3%确定初始胶石比范围为6.0%~8.0%;在此范围内,研究聚氨酯混合料的体积特性和路用性能随胶石比的变化规律,发现随着胶石比的增大,聚氨酯混合料的强度、高温、低温和抗水损等性能均有一定程度的提高,抗滑性能是唯一随胶石比增大而降低的指标。为保证混合料密实抗滑,以空隙率VV≤4%和摩擦系数BPN_(20)≥60为控制标准,确定最佳胶石比范围为6.2%~6.8%,综合考虑确定最佳胶石比为6.5%。在压实特性研究中,以温度(5℃、25℃、45℃)、湿度(20%、50%、80%)、催化剂掺量(0%~1%)、静置时间(40min~120min)进行试验组合,研究不同固化条件下聚氨酯混合料压实特性的变化规律。采用旋转压实成型,以密实能量指数CEI、空隙率VV和15℃劈裂抗拉强度R_T量化表征聚氨酯混合料的压实特性。通过SPSS聚类分析将聚氨酯混合料压实状态分为易压实膨胀状态(CEI500,VV6%,1.5MPaR_T2.0MPa)、可压实状态(500≤CEI≤1000,VV≤6%,R_T≥1.5MPa)、固化难压实状态(CEI1000,VV6%,R_T1.5MPa)。发现聚氨酯混合料固化程度的变化是其压实特性变化复杂的根本原因,只有当聚氨酯混合料的固化反应进行到合适程度进行压实时,混合料中CO_2溢出对混合料空隙的影响较小,而且混合料也处于一个较容易压实的状态,完全固化后的混合料空隙率较小,劈裂强度较高。在最佳压实时机研究中,通过不同固化条件下聚氨酯混合料空隙率、劈裂强度与CEI的关系,以空隙率≤4%和劈裂强度峰值确定AC-13聚氨酯混合料最佳压实时机对应的CEI范围为600~800,表明以CEI合理简便确定最佳压实时机的可行性。为适应施工,基于冲击贯入原理,设计了一套简易设备进行变CEI贯入试验,选取20mm贯入直径下第40次冲击贯入深度作为贯入评价指标,其与CEI的拟合度R~2=0.93,说明可以该贯入评价指标代替CEI确定最佳压实时机。提出了冲击贯入确定最佳压实时机的方法并进行了合理性验证,确定AC-13聚氨酯混合料最佳压实时机对应的贯入深度范围为41mm~47mm。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414
【图文】：

技术路线图,压实特性,绪论,配合比设计

技术路线图

级配曲线,拌合料

图 2-1AC-13 聚氨酯混合料设计级配曲线2.2.2 最佳胶石比（1）初定胶石比范围1.胶石比下限参考 AC-13 沥青混合料的用油量，通过混合料试拌，观察不同胶石比下单组份聚氨酯混合料的拌和状态，以胶结料充分裹覆集料、不产生花白料为依据，初定胶石比下限。根据施工经验，AC-13 沥青混合料的油石比一般为 5%左右，取 4%、6%、8%、10%、12%五种胶石比进行试拌，4%~12%胶石比下拌合料状态如图 2-2 所示，其中 4%胶石比出现了花白料（见图 2-3），12%胶石比的混合料出现一定程度的胶浆析漏现象（见图 2-4），6%~10%胶石比下混合料拌和状态良好，初步确定初始胶石比下限为 6%。0102030400 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16过率（通筛孔尺寸（mm)设计级配级配上限级配下限级配中值

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